JPH0282524A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ＥＣＲ現象を利用して生成したプラズマを用
いて、基板に対してエツチング、薄膜形成等の表面処理
を行なう、半導体デバイスの製造プロセスに使用される
マイクロ波プラズマ処理装置に間するものである。

（従来の技術と発明が解決しようとする問題点）従来の
この種の装置としては、例えば、特開昭５６−１５５５
３５号公報所載の発明が知られている。この公報；こ示
されたマイクロ波プラズマ処理技術は、所定の強さの磁
場か印加されたブラズマ発生室内に、マイクロ波を導入
して電子サイクロトロン共鳴現象を起こし、これにより
発生したエネルギーでプラズマ発生室内のガスをプラズ
マ化し、プラズマ流を発散磁界によって基板処理室内に
引出し、そのイオンの衝撃効果によって、基板ホルダー
上に載置した基板に対してエツチングや薄膜形成等の表
面処理を行なうものである。

そして、エツチングを行なう場合はプラズマ発生室に、
成膜を行なう場合はプラズマ発生室と基板処理室の双方
に、カスを導入するガス導入系を設け、エツチングまた
は成膜すべき膜の種類に応じて導入するガスの種類を選
択するようにしている。

第８図はＮ２ガス２０ｓｅｃｍをプラズマ発生室内に導
入し、処理圧力５．ＯＸ　１０””Ｔｏｒｒ、マイクロ
波電力６００Ｗを印加したときの、上記従来の装置のイ
オン電流密度の、基板面内分布と面内平均値を示したも
のである。これによると基板面内分布は引出し距離が大
きいほと良くなるが、その反面イオン電流密度平均値は
低くなっていく。

また第９図に、マイクロ波の印加電力を変えたときの基
板面内におけるイオン電流密度の各値を示す。イオン電
流密度値は基板中心で高く、基板周辺に向かうにつれて
小さくなり、この傾向はマイクロ波電力を大きくした場
合に顕著である。

これは次のような理由による。

即ち、マイクロ波電力が大きくなるとプラズマはプラズ
マ発生室内の中心部に集まり、そのままの状態で発散磁
界で導き出されて基板に到達するため、どうしても基板
中心でプラズマ密度が大になる。処理速度分布はプラズ
マ密度、換言すればイオン電流密度の分布で決定される
ため、均一な処理速度が得られない。

以上のことから従来の方式では均一な基板の処理を行な
うことができず、均一性を少してもよくしようとすれば
、弓出し距離を太きくしなけれはならず、装置を大型化
してしまうとともに、処理速度を低下させてしまう欠点
があった。

（発明の目的） 本発明の目的こよ、大口径の基板の表面処理を行なう場
合や、印加するマイクロ波電力を大きくした場合等にお
いても、均一なエツチングや薄膜形成を行なうことがで
きるようした、小型化を実現したマイクロ波プラズマ処
理装置を提供すること二二ある。

（問題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するためにマイクロ波プラズ
マ処理装置の上記プラズマ発生室の回りに、その周方向
と軸方向の両方向につきそれぞれ複数個であるような複
数の補助マグネットを設置し、且つそれらマグネットの
極性は、前記両方向につき磁性が交互に交替するように
構成したものである。さらにその効果を向上させるため
、即ちマイクロ波のつくる電場を損失なくプラズマ発生
室内へ導入するため、プラズマ発生室の全体もしくは一
部に載頂円錐状内壁を備えたものである。

またこの場合、プラズマ発生室の壁を５１０２等の絶縁
体で作り、該プラズマ発生室へのマイクロ波導入が、プ
ラズマ発生室全体に均一に行なわれるように構成してそ
の効果を高めることかできる。

（作用） プラズマ発生室の周囲に補助マグネットを上記のように
設置したことによってプラズマ発生室の内壁近傍に強磁
場を設けてこの部分に高密度プラズマを発生させること
かでき、プラズマ発生室内において全体として高密度プ
ラズマを均一な状態にすることができる。

プラズマ発生室の全体または一部の截頂円錐状内壁化に
よってさらにその均一化は促進される。

また、プラズマ発生室壁の全体からマイクロ波を導入す
る方法によってもその均一化の向上が得られる。

（実施例） 第１図（概略の正面断面図）、第２図（そのＡ−Ａ断面
図）は、本発明の第１の実施例である。

電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生するプ
ラズマ発生室ｌに隣接して、基板を処理するための基板
処理室２が設けられ、プラズマ発生室１の外周には、空
芯ソレノイドコイル３が周設されている。ざらにプラズ
マ発生室１を巡って空芯ソレノイドコイル３の内側に、
複数の補助マグネット群８（８１１，・・・、８４１）
を周設している。補助マグネットは、プラズマ発生室の
軸方向につき第１段に、周方向に見て８１１，８１２゜
８１３、・・・、８１７，８１８、同じく第２段に８２
１、・・・８２８、第３段に８３１．・・・８３８、第
４段に８４１．・・・８４８、の合計３２個が設けられ
てあり、その磁極は図示のように、周方向にも軸方向に
も、隣接するマグネットの磁極はすべて互いに反対磁性
を示すように構成されている。

プラズマ発生室１にはプラズマを生成するためのガスを
導入するガス導入系７を備えるとともに、石英ガラス、
セラミックス等の絶縁物からなるマイクロ波導入窓４が
設けられている。そしてマイクロ波電源６から導波管５
を通じて送られてきたマイクロ波を、テーパー状内壁を
備えた終端部と導入窓４を経由してプラズマ発生室１内
に導入する。プラズマ発生室１にはマイクロ波導入窓４
に隣接して截頂円錐状内壁を備えたブロック１４が設置
しである。

また、上記プラズマ発生室１には、基板処理室２との境
界部分にプラズマ引出し板９を設置している。そして、
プラズマ発生室１で生成されたプラズマは、このプラズ
マ引出し板９の中央部に形成されたプラズマ引出し口１
０を通って基板処理室２内に導かれる。

基板処理室２内にはブラズヌ引出し板９に対向する位置
に基板ホルダー１２が設置されている。

被処理基板１１は、図示しない搬送機構により外部から
基板処理室２内に搬入され、被処理面をプラズマ引出し
口１０に向けて基板ホルダー１２に載置乃至保持される
。

この基板処理室２には真空排気系１３を接続している。

真空排気系１３は、例えば、ターボ分子ボシブと油回転
ホンアて構成されている。

次に、本実施例の動作を説明する。

まず真空排気系１３を動作させて基板処理室２内を所定
の圧力に到達するまで排気した後、カス導入系７からプ
ラズマ発生室１内に所定のカスを導入して処理圧力に調
整し維持する。そして２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導
波管５を通り導入窓４を介してプラズマ発生室１に導入
される。

一方空芯ソレノイドコイル３に電流を供給してプラズマ
発生室内に８７５Ｇの磁場を発生させ、二の磁場とマイ
クロ波の両者によってプラズマ発生室１内に電子サイク
ロトロン共鳴が引き起こされ、この際のエネルギーでプ
ラズマ発生室１内に導入されたガスは高密度にプラズマ
化される。

但し、マイクロ波電力を大きくするに従って、高密度プ
ラズマが中心付近に集中し、プラズマ発生室１の内壁近
傍でプラズマ密度が低くなる。

ここで、第１，２図に示された、プラズマ発生。

室１の周囲に周方向と軸方向の両方につき磁性が交互に
交替するように設置された３２個の補助マグネット群８
は、プラズマ発生室１の内壁近傍に部分的に強い磁界を
作りその部分で高密度プラズマを発生させる。またその
一方で、プラズマ発生室１内に設けられた截頂円錐状内
壁を備えたブロック１４によってマイクロ波は効率よく
損失なく均一にプラズマ発生室内に導入される。その結
果導入されたカスは、プラズマ発生室内全体に渡って均
−且つ高密度にプラズマ化されることになる。

第３図はこの実施例の装置で、ガス導入系７よりＮ２ガ
ス（２０Ｓ　Ｃｃｍ）をプラズマ発生室１内に導入し、
処理圧力５．１０−’Ｔｏｒｒ、マイクロ波電力６００
Ｗを印加したときのイオン電流密度の基板面内分布およ
びその面内平均値を示した前記第８図と同様の図である
。プラズマの引出し距離が小さい場合でも基板面内での
イオン電流密度分布が従来の第８図と比へて大幅に向上
しているのがわかる。

また第４図は、そのときの前記した第９図同様の基板面
内のイオン電流密度値のデータを示す。

これらの図は、プラズマ発生室１の周囲に設置された補
助マグネット群８がプラズマ発生室の内壁部に強磁場を
作って、プラズマ密度の低かった周辺部を中心部と同程
度のプラズマ密度にまで高めたことを示している。

これによって、基板の面内処理速度を均一にしつつ、プ
ラズマ引出し板から被処理基板までのブラスマの引出し
距離を充分二二小さくして装置の小型化を達成し、しか
もイオン電流密度の高い高速処理を可能とした。

なお、上記補助マグネット群８の各マグネットは、ソレ
ノイドコイルまた二よ永久磁石のいずれて構成してもよ
い。ソレノイドコイルの場合は個々に磁場強度を変化さ
せ処理の均一度を調整しうる便宜がある。

なお補助マグネット群８の大きざ、取り付けに置、個数
はエツチング条件または成膜条件に応じて変更可能であ
る。

第５図は本発明の第２の実施例のプラズマ発生′室の概
略の断面図である。

プラズマ発生室ｌ内に設けられた載面円錐状内壁２２備
えたブロックの形状か異なる以外は第１の実施例と同し
である。

また第６図は截頂円錐状内壁を備えたブロックの断面形
状の各側を示したものである。これらフロックの形状を
選ぶ二とて、フロックのない場合と較べて、処理の均一
度、処理の速度をそれぞｎ３％は上昇できることが明か
となっている。

第７図は本発明の第３の実施例のプラズマ発生室の概略
断面図である。Ｓ　ｉ　０２、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁物か
らなる截頂円錐状内壁を備えたプラズマ発生室１か、導
波管５の端部のテーパーの内部に配置されている他は、
第１図と同様の構造を持つ。

この第７図の構成の場合も、先のブロック同様の効果が
得られている。

なお、上記実施例は、発散磁界を利用してプラズマの引
出しを行なう装置について説明したものであるが、これ
は、グリッドを利用してプラズマの引出しを行なう加速
式の装置であってもよい。

そのグリッドには、直流あるいは交流電界のいずれも印
加できる。

また、上記実施例の構成に加えて、基板処理室２内にも
反応性ガスをガス導入系７′より導入するようにした、
成膜装置であってよい。

ざらここまた、成膜またはエツチングいずれの場合にも
、基板ホルダー１１に直流、交流電圧を印加することか
できる。

（発明の効果） 以上説明したように、プラズマ発生室の周囲に補助マグ
ネットを周設する本発明によれば、プラズマ密度の均一
化が可能となり、大口径基板の表面処理を行なう場合や
、マイクロ波電力を大きくした場合等でも高速且つ充分
均一に基板の処理か可能で、装置の小型化が達成される
。

また、プラズマ室を截頂円錐状内壁を備えること、プラ
ズマ発生室の壁面の全体からマイクロ波を導入すること
で、均一処理を一層効果的にてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すマイクロ波プラズ
マ処理装置の概略の正面断面図。 第２図はそのＡ−Ａ断面図。 第３図は本発明の装置での面内イオン電流密度分布およ
びその平均値のグラフ。 第４図は、本発明の装置での面内イオン電流密度のグラ
フ。 第５図は、本発明の第２の実施例のマイクロ波プラズマ
処理装置のプラズマ発生室近傍の概略断面図。 第６図ａ、　　ｂ、　　ｃは截頂円錐状内壁を備えた各
ブロックの断面図。 第７図は、本発明の第３の実施例のマイクロ波プラズマ
処理装置のプラズマ発生室近傍の概略断面図。 第８図は従来の装置での面内イオン電流密度分布および
平均値のグラフ。 第９図は、従来の装置での面内イオン電流密度のグラフ
。 １・・・プラズマ発生室、２・・・基板処理室、３・・
・空芯ソレノイドコイル、８・・・補助マクネット、９
・・・プラズマ引出し板、１０・・・プラズマ引出し口
、１１・・・基板、１４・・・截頂円錐状内壁を備えた
ブロック。 特許出願人　日電アネルハ株式会社 代理人　弁理士　　　村上　健次 引１比し工巨、＊Ｕ帽帽】 第３図 ４１名駄ｊφ旬・−→ａ訴夕ｆｔ　　Ｑ嘩Ｉぺ）ィ１麟
り一声重Ｌ　０票１にノ １１、才反中Ｃがつ−り巨％ｆｔｔ緘−ン手続補正書

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマ発生室内に処理ガスを導入し、マイクロ
   波により発生する電場と、この電場に直交して設けられ
   た磁場とによって起こる電子サイクロトロン共鳴（以下
   ＥＣＲ）現象を利用して前記処理ガスをプラズマ化し、
   該プラズマ発生室とそれに隣接する基板処理室の境界近
   傍に設けたプラズマ引出し手段によって上記プラズマを
   該基板処理室内に引出し、基板処理室内に設置された基
   板に照射して該基板を処理するマイクロ波プラズマ処理
   装置において、上記プラズマ発生室の回りに、その周方
   向と軸方向の両方向につきそれぞれ複数個であるような
   複数の補助マグネットを設置し、且つそれらマグネット
   の極性は、前記両方向につき磁性が交互に交替するよう
   に構成したことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装
   置。
2. （２）上記プラズマ発生室内部の全体もしくは一部が截
   頂円錐状内壁を備えることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
3. （３）上記プラズマ発生室の壁がＳｉＯ＿２等の絶縁体
   からなり、該プラズマ発生室へのマイクロ波導入が、該
   壁を通して行なわれるように構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波プラズマ
   処理装置。